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薄壁混凝土裂缝的认识和控制措施

发布时间：2023-08-02 15:38人气：

1项目背景

中刚合作资源换发展一揽子项目刚果（金）卡米娜（KAMINA）市引水及水处理厂工程为综合性土建工程，包括河道取水工程：取水构筑物及一级加压泵房；净水厂工程：曝气池，反应沉淀池，V型滤池及反冲洗操作间，吸水井及二级加压泵房，清水池，办公楼，加药消毒间，配电间，维修间材料库，门卫室；清水输水管网工程等。本项目混凝土设计强度为C30抗渗等级为P10。其中各薄壁混凝土池子的薄壁混凝土池壁统计表，见表1。

2薄壁混凝土裂缝的分类

混凝土是由水泥作为凝胶材料，砂、石作为骨料（或加入外加剂、粉煤灰）与水按一定比例混合搅拌后得到的。混凝土在现代工程中占有无可替代重要地位，但缺点是抗拉能力差，离散性大，均匀性差，容易出现裂缝。我们发现在工程中多数混凝土结构都会出现裂缝，裂缝的存在会导致混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性能的降低，对工程质量产生影响。如果从设计到施工都采取必要措施，很多裂缝都可以控制或避免。为了深入认识薄壁混凝土裂缝，避免工程中出现危害较大的裂缝，本文结合卡米娜（KAMINA）水厂施工实例对薄壁混凝土施工中出现混凝土裂缝的原因及采取的技术措施进行全面的分析。

为了便于分析，可以将裂缝分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝是指无法用肉眼看到的、混凝土内部的固有细微裂缝。由于在硬化过程中，水泥凝胶体体积逐渐缩小，存在骨料的结合部位逐渐分离形成细小裂缝，这些细小裂缝并不连续，宽度≤0.05mm，数量明显多于肉眼可见的宏观裂缝。这种混凝土固有的细微裂缝在荷载不超过设计规定范围时一般可视为无害。

宏观裂缝宽度≥0.05mm，可以认为停止发展的裂缝最终宽度在0.2mm～0.3mm之间可以视为无害，但是要杜绝贯通型宏观裂缝，此种裂缝对于池体的危害很大，严重时会导致无法通过闭水试验，同时不能满足抗渗等级的要求。

3混凝土裂缝的成因

由于微观裂缝在荷载不超过设计规定范围时可视为无害，混凝土水池结构为定容积，荷载也不会超出设计极限，故不再深入研究。宏观裂缝的存在对混凝土结构物危害较大，经过观察与总结，可以得出宏观裂缝主要分为以下几种：

3.1温度裂缝。常出现在大体积混凝土表面或受气温影响较严重的地区的混凝土结构中。在浇筑混凝土硬化过程中，水泥产生大量水化热。大量的水化热聚积在大体积混凝土内部无法散发，导致混凝土结构物内部温度急剧上升，而混凝土表面散热效率高，直接导致混凝土结构物内外出现较大温差，使混凝土结构物的内外膨胀程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝。此种裂缝多在混凝土施工的中后期发生。混凝土施工中由于天气原因出现温度变化较大情况时，会导致混凝土因表面温度下降产生收缩，表面收缩程度大的混凝土受内部收缩程度较小混凝土约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只发生在混凝土浅表范围内。

温度裂缝的走向通常无一定规律，裂缝宽度受温度变化影响较为明显。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力。

3.2收缩裂缝。在施工阶段因水泥水化热和天气气温的影响引起混凝土收缩而产生的裂缝。呈现较为规则条状平行分布；在结构变截面处较易发生，往往与受力钢筋平行。收缩裂缝较易出现于在大体积混凝土结构物中，在小型构件特别是预应力构件中极少产生收缩裂缝。收缩裂缝属于对混凝土结构物危害较大的一种裂缝，对于暴露在大气中的构筑物造成的影响更为严重，如不采取相应措施，常常使混凝土构筑物产生严重质量问题。

3.3超载裂缝。混凝土构件超过设计荷载时，往往会造成构件变形、失稳等原因产生裂缝。容易发生在构件受弯矩最大的部位，类似于收缩裂缝的条状平行分布，但分布不规则，一般沿受力钢筋垂直方向或斜向发展。施工阶段构件受温度应力影响或施加载荷不当或是过早的施加载荷是超载裂缝产生的主要原因。

3.4沉降裂缝。多出现于填土地基或桩基沉降不均匀的基础和墙体，裂缝一般与地面垂直或与垂线方向呈小角度发展，裂缝宽度则与沉降值成正比例增加。主要由地基差异沉降或构件结合不良、剪应力超过设计允许强度而产生的。此种裂缝对混凝土结构危害极大，一旦出现则不容易补救处理。因此在设计中采取必要方法，施工、使用过程中也要加强对于沉降的观测。

3.5龟裂裂缝。龟裂裂缝呈现龟壳状或散射状，一般长度、宽度、分布均无规律。产生的主要原因是施工过程中配料、搅拌、浇筑、养护等环节操作不当造成。出现此中裂缝大多由于养护不当造成，因此要注重混凝土养护期间的规范操作。

3.6疏松裂缝。此种裂缝出现是由于浇筑时下料不均匀导致混凝土材料离析，或因漏振、过振而产生的。大多存在于混凝土结构内部，或延伸至混凝土结构表面。因此、在混凝土浇筑过程中要严格控制振捣质量。

4混凝土裂缝的控制措施

4.1温度裂缝的控制措施

改善混凝土的搅拌加工工艺，降低混凝土浇筑时的温度。在混凝土中掺加具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间。高温季节施工时可以采用搭设遮阳板等措施控制外界温度对混凝土的影响。大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关，混凝土结构尺寸越大，温度应力越大。因此合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束。在大体积混凝土内部设置冷却管道，减小混凝土的内外温差。加强混凝土养护，混凝土浇筑后及时覆盖并洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。

4.2收缩裂缝的控制措施：

选用干缩值较小、早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。严格控制水灰比，添加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。及时覆盖塑料薄膜，使混凝土终凝前表面始终湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。在水分蒸发速度快的天气要设置遮阳和挡风设施，加强养护工作。

4.3超载裂缝的控制措施：

施工阶段严格控制混凝土温度，防止因温度差异造成混凝土出现拉应力。科学规划施工进度，避免因过早施加载荷造成超载裂缝。

4.4沉降裂缝的控制措施：

对松软土、填土地基在上部结构施工前进行必要的夯实和加固。保证模板有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀。注意混凝土浇筑施工过程中的地基排水。严格控制拆模时间和拆模顺序。

4.5龟裂裂缝的控制措施：

加强混凝土的养护，及时覆盖并洒水，适当延长养护时间。

4.6疏松裂缝的控制措施：

严格控制混凝土施工振捣质量，避免出现漏振、过振。注意控制混凝土浇筑高度，避免出现离析现象。

5结论

对水厂薄壁混凝土结构而言，裂纹和裂缝的出现不仅会降低蓄水池的抗渗能力，影响构筑物的使用功能，还会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低结构的耐久性，影响建筑物的承载能力。在刚果民主共和国卡米娜（KAMINA）水厂项目已经完工的曝气池，反应沉淀池，V型滤池，一级泵房和二级泵房及相应吸水井，清水池等施工过程中，预先对施工过程中可能出现的混凝土裂缝进行了认真分析研究，并在施工过程中采取了有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展。实践证明，上述措施是十分可行的、有效的，保证了混凝土构筑物的质量，使其今后能安全、稳定地工作。

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